Гулиа Нурбей.

Удивительная физика

(страница 1 из 34)

скачать книгу бесплатно

 -------
| bookZ.ru collection
|-------
|  Гулиа Нурбей
|
|  Удивительная физика
 -------

   Эта книга – не учебник, хотя преследует почти те же цели. Заинтересовать читателя, помочь ему по-новому взглянуть на материал, излагаемый в учебниках, иметь свое мнение по многим положениям физики и уметь отстоять его перед оппонентами – основные задачи, поставленные нами.
   Книга призвана вызвать у читателя удивление: вот, оказывается, какая незнакомая, полная тайн и парадоксов эта физика! Вот сколько необычного и загадочного в ней, сколько вопросов получили новое, иное, чем в учебниках, толкование. Многие положения физики, которые казались сухими, сугубо абстрактными, обретают материальные черты в примерах из живой природы, техники, новых изобретений и открытий. Физика тесно переплетается с жизнью, с повседневными ее вопросами, становится неотъемлемой и увлекательной частью нашего бытия.
   Читателями книги могут быть как учителя, так и ученики. Первые получат, может быть, новые и интересные для них сведения, примеры, помогающие оживить уроки физики, вызвать интерес учеников к этой дисциплине. Ученикам же эта книга даст возможность не только по-новому взглянуть на, казалось бы, обычные вещи. Она так расширит диапазон их знаний, что даст возможность на равных поспорить с учителями и отстоять свою правоту. Да и всем другим читателям может быть полезна эта книга. Прочтите ее и убедитесь, сколько нового, не известного ранее вы узнали. Сколько полезного для ваших повседневных занятий вы получили. Сколько парадоксальных вопросов вы можете задать своим детям-школьникам и сколько интересного рассказать им.
   Один из крупнейших ученых нового времени Эрнест Резерфорд высказал любопытную мысль: «Все науки можно разделить на физику и коллекционирование марок». Известно, что все науки, исключая разве гуманитарные, произошли от физики, и знать ее очень важно! И если вас от чтения учебника по физике почему-то клонит ко сну, попробуйте-ка прочитать эту книгу!
   Она начинается с описания Большого взрыва, породившего весь наш Мир. Рассказывает, как свет колоссальной силы, возникший при Большом взрыве, самым невероятным образом превратился в то, что мы называем Вселенной, как возникла Солнечная система, Земля, Луна, а также о том, как коварные Солнце с Луной рано или поздно погубят Землю.
   В повествовании о механике читатель узнает о загадках инерции и о том, что вопреки Галилею тяжелые тела падают быстрее легких – об этом говорил Аристотель, а движение по инерции может быть только прямолинейным – об этом говорил Декарт. Читателю станет известно об ошибках великого Галилея, который, оказывается, не изобретал телескопа, не бросал шаров с Пизанской башни, а главное – не сидел в застенках инквизиции и не провозглашал на суде: «И все-таки она вертится!»
   Читатель постигнет тайны вращающегося волчка, узнает, как следует накапливать механическую энергию, а также о том, можно ли действительно сдвинуть земную ось.
   Книга содержит сведения о колебаниях – механических, в том числе звуковых, и электромагнитных, в том числе о свете.
Читатель узнает о тайнах музыкальных звуков и о курьезах нашего зрения, а также о том, чем окончился спор Исаака Ньютона с Христианом Гюйгенсом о природе света.
   Также затронута тема о свойствах жидкостей и газов, во многом сходных между собой, но таких различных! Эти свойства представлены чаще всего в виде парадоксов. Оказывается, капля дождя или другая капля падающей жидкости совсем не каплеобразной формы; мыльная пленка прочнее стали; железо может плавать на воде (но тем не менее тонна железа тяжелее тонны дерева!), а плакучая ива – служить «вечным двигателем». Золото, оказывается, не так уж трудно подделать, пузырь рыбе нужен совсем не для того, что о нем думают, а песочные часы намного точнее водяных.
   Не обойдены в книге летательные и плавательные аппараты. При этом оказалось, что на безмоторной барже можно плыть против течения реки, а космическая ракета вовсе не летит, а стоит на месте! И деньги можно делать из воздуха!
   Ну а теплота – это сплошная фантастика! Оказывается, космонавты летают в среде с температурой выше миллиона градусов; в сауне на той же полке, где лежит человек, можно приготовить ужин, а лучшая печь – это холодильник! Еще бы – ее КПД намного выше 100 %!
   Читатель познакомится с рассуждениями о грядущей тепловой смерти Вселенной, его ожидает встреча с демоном Максвелла, а также советы по постройке самых обычных «вечных двигателей», в том числе для полива огурцов.
   И, конечно же, – о тепловых двигателях. От паровых, которым, оказывается, «стукнуло» уже 2 тысячи лет, до атомных и сверхновых – гибридных.
   Наконец, в книге пойдет речь о двух взаимосвязанных разделах физики – электричестве и магнетизме. Сколько загадок, чудес и мифов связывали люди с явлениями электричества и магнетизма. Да и сейчас не все ясно – например, что такое шаровая молния? Или магнитный монополь: вроде бы доказано, что он существует, но где его искать?
   Рассказывается о «янтарном» и «стеклянном» электричестве, таинственном поведении молний и вкладе американского президента в их «поимку», тайне шаровых молний, «банках» электричества и электричестве «живом», а также об электромобилях и чем их «кормить».
   Повествуется о магнитах – от их открытия человеком до наших дней, о летающем гробе Магомета, о магнитных «вечных двигателях», в том числе и работающих, о магнитах – продольных, поперечных и даже жидких. Рассказано и о практическом применении магнитов – в летающих поездах и магнитных подвесках, об электрических машинах – движущихся и неподвижных, а также о роли сверхпроводящих магнитов в технике будущего, о преобразовании электричества в магнетизм и обратно, о большом магните – Солнце и о его влиянии на жителей Земли.
   А в завершение книги дается обобщающее заключение о втором витке физики, наводящее на философские размышления.
   Автор книги – доктор технических наук профессор Гулиа Нурбей Владимирович, активно работающий российский ученый и педагог, заведующий кафедрой Московского государственного индустриального университета. Перу Н.В. Гулиа принадлежит около полутысячи научных работ и изобретений. Кроме сугубо специальных трудов Н.В. Гулиа является автором около двадцати научно-популярных и научно-художественных книг и нескольких художественных произведений.
   Автор популяризирует достижения науки и техники в своих многочисленных журнальных и газетных статьях, в выступлениях по телевидению. Он является научным консультантом некоторых зарубежных фирм. И наконец, Н.В. Гулиа – профессор механики, первого и древнейшего раздела физики – удивительной науки, которой и посвящена эта книга.


   Действительно, было ли оно? Или Мир существовал вечно, и еще столько же будет существовать? Как говорится, «жил, жив и будет жить во веки веков»!
   Заглянем, что же по этому поводу сказано в Книге книг – Библии, которую, как говорят, надиктовал сам Господь Бог. И на первой же странице, где речь идет как раз о Сотворении мира, мы находим такие слова: «И сказал Бог: да будет свет. И стал свет. И увидел Бог свет, что он хорош…»
   Выходит, весь Мир – все, что вокруг нас, возникло… из света? Полноте, да это же сказки, вымысел, миф, наконец! Как можно этому верить – возмущались ученые-материалисты недалекого прошлого. Что, и мы с вами – тоже из света? Почему же мы тогда не светимся в темноте? Нет, наш Мир, Вселенная бесконечны как в пространстве, так и во времени, они никогда не возникали и никогда не исчезнут…
   А вот картина Сотворения мира по самым современным научным данным, признанная подавляющим большинством ученых. Картина эта больше похожа на самую фантастическую из волшебных сказок, чем на реальность. Вот как она выглядит.
   Вначале не было ничего – не только никаких предметов вокруг, но не было ни длины, ни ширины, ни высоты. Даже времени не было – оно еще не началось, его просто не существовало. Это трудно себе вообразить, но правильно говорят, что жизнь богаче всяческих сказок.
   И вдруг в один поистине прекрасный момент раздался взрыв. По грандиозности с этим событием, названным Большим взрывом, сравнить ничего нельзя. Никакая фантазия, никакое воображение человека не в состоянии этого представить. Еще можно представить себе взрыв термоядерной бомбы, хотя и это трудно поддается воображению. Намного труднее почувствовать себя свидетелем гигантских взрывов на Солнце, тем более взрыва сверхновой звезды, которая испепеляет громадные пространства вокруг себя, нередко превышающие по размеру всю Солнечную систему. Но совершенно не поддается воображению взрыв, охарактеризованный скромным эпитетом «Большой», в результате которого образовались и миллиарды галактик, и миллиарды звезд, их составляющих, не говоря уже о микроскопических «пылинках» – планетах, на которых мы ведем нашу суетную жизнь с ее радостями и огорчениями…
   Произошло это между 6 и 15 миллиардами лет тому назад, причем по самым новейшим данным, скорее всего, 13 миллиардов лет тому назад. Вот и считай после этого 13 «чертовой дюжиной»! Хотя о какой точности здесь можно говорить, когда понятие «год» тогда было лишено всяческого смысла – не существовало ни Солнца, ни Земли, которая именно за год должна была облетать вокруг него! Да и другие «мерила» времени появились лишь позже, и то были они совсем иными. Сутки, например, даже 3 миллиарда лет назад длились около девяти современных часов, так как Земля вращалась тогда быстрее! В общем, полное безобразие царило тогда в области измерения времени!
   Но и в этих нелегких условиях ученые очень точно воссоздали всю картину возникновения и эволюции Вселенной, начиная примерно от одной сотой современной секунды после так называемого математического начала Мира.
   Остается только рассказать, как ученые догадались, что Вселенная «взорвалась» из ничего, когда это произошло и как. Дело в том, что, рассматривая далекие небесные тела в телескоп, ученые обнаружили, что Вселенная… постоянно расширяется. То есть галактики как бы разбегаются друг от друга. Это можно легко представить себе, если нанести на воздушный шарик точки, изображающие собой галактики, и начать раздувать этот шарик. Точки-галактики начнут удаляться друг от друга, совсем как в модели расширяющейся Вселенной. А если это так, то, стало быть, они когда-то были все вместе, в одной точке. Проколите или сдуйте шарик – и все галактики сойдутся! А по скоростям их разлета ученые определили, когда начался этот разлет, то есть Большой взрыв. Так Мир и разлетается в разные стороны уже столько миллиардов лет…
   Кто же конкретно додумался до такой фантастической картины Сотворения мира, или, если хотите, подтвердил научно то, что давно уже сказано в Библии? В первую очередь это американский астроном Эдвин Хаббл (1889—1953), который своими наблюдениями установил, что галактики, или звездные скопления, удаляются от нас, причем тем быстрее, чем дальше они от нас находятся. Так возникла гипотеза «расширяющейся Вселенной», которая когда-то разлетелась из одной точки. В 1927 г. астроном Жорж Леметр (1894—1966) теоретически обосновал гипотезу Большого взрыва, а в 1970 г. физики Р. Пенроуз и С. Хоукинс уточнили эту теорию. Свой вклад в теорию образования Вселенной внес и наш соотечественник А. А. Фридман (1888—1925).
   Остается уточнить: что, так и будем мы «разлетаться» во все стороны постоянно, или это когда-нибудь закончится? Сперва ученые подсчитали, что если исходить из существующих значений средней плотности Вселенной, то галактики будут разлетаться все время. Согласитесь, ситуация получается довольно нелепая: стоило ли создавать Мир, чтобы он окончательно разлетелся? Но затем ученые пересчитали эту среднюю плотность Вселенной с учетом вновь открытых частиц, и она якобы оказалась значительно большей. Поэтому, по всей вероятности, через миллиарды лет этот разлет прекратится и Вселенная начнет сжиматься, стремясь опять в точку. Такая критическая плотность Вселенной эквивалентна 11 атомам водорода на 1 см3 пространства.
   Пройдут эти миллиарды лет, и нашего Мира не станет, он снова превратится в ничто, закончится при этом и время! И произойдет ли новый Большой взрыв, образующий новый Мир, или не будет его – никто из нас не знает. Но если есть Высший Разум, в существование которого верит большинство ведущих физиков мира, то Он уж знает, скомандовать ли ему «Пли!» и вызвать новый Большой взрыв или не делать этого. Может быть, это зависит и от того, как мы с вами живем на нашей Земле и нравится ли наше поведение Тому, Кто может скомандовать «Пли!». Или возмущенный нашими делами, Он решит, что таких опытов лучше не повторять.
   Одно ясно – все это произойдет очень и очень не скоро!


   Итак, на самом первом этапе становления Мира весь он существовал, как на это указывалось в Библии, в виде света, одного только света, грандиозной вспышки света, в которой уже заключался весь Мир! Если вспомнить, что только 1 кг массы материи, если его превратить в свет, может испепелить крупный город, то какова же была мощность Большого взрыва, в котором вся масса Вселенной – 1053 кг (число с 53 нулями) существовала в виде света! Действительно, «хорош был этот свет», как отмечалось в Библии! Да и температура при взрыве (1028 °C) была приличной! Заметим, что для таких высоких температур безразлично в каких градусах – Цельсия или Кельвина ее измерять; для простоты будем писать °С.
   Дальше было все проще – исходный материал для Вселенной, а именно свет, уже был. Нескольких минут после Большого взрыва хватило, чтобы возникли первые простейшие атомные ядра: водорода, его изотопа – дейтерия и гелия. Неимоверно горячи были эти частички – порядка 107 °C. Разлетаясь, они постепенно остывали.
   Прошло всего около полутора миллионов лет с момента Большого взрыва, а Мир «остыл» уже до 4 000 °C. Это даже меньше, чем на поверхности Солнца. Такую температуру можно получить и на Земле, например при сварке. При такой температуре уже начали возникать многие газы, например водород и гелий. Это те самые, которыми надувают воздушные шарики. Но вещества, которые мы видим вокруг, могли существовать при такой жаре только в виде газов.
   Напоминаю, что весь мир был тогда моложе современного в десять тысяч раз и размером меньше, чем сейчас, в полторы тысячи раз.
   Разлетаясь все дальше и дальше, остывая по дороге, частички вещества сталкивались друг с другом, соединялись во все большие и большие комки. Ничего себе были эти комочки – из них образовались потом целые скопления звезд, или галактики! На это ушло много времени, больше миллиарда лет, но все равно мир был еще в десять раз моложе сегодняшнего. А по размерам – всего в четыре-пять раз меньше, чем сейчас.
   Вот тут-то и начали образовываться звезды и планеты. Надо сказать, что мир к этому времени сильно поостыл, даже «заморозился». Такие морозы можно получить разве только в самых больших холодильниках. Но «слепляясь» в большие комки (рис. 1), вещество Мира сжималось и опять сильно разогревалось. Комки превращались в раскаленные сияющие звезды. Это были, правда, еще не те звезды, которые на небе сейчас. Их называют «протозвездами» или «предзвез-дами», так как из них образовались уже «наши» обычные звезды.

 //-- Рис. 1. Образование сгустков межзвездной среды в гравитационном поле --// 
   Некоторым вращающимся протозвездам «удавалось» отбросить от себя часть своего вещества. Так от вращающегося колеса автомобиля отлетают комочки грязи. Вот из этого отлетевшего от протозвезды вещества и образовались планеты (рис. 2). Наша Земля тоже так возникла – оторвалась вместе с другими планетами от Солнца. Вернее, от той протозвезды, чем было раньше Солнце. Повезло от этого «отрыва» всем: и планетам – иначе бы их просто не было, и Солнцу. Оно получило возможность существовать и сиять нам на радость. Иначе судьба Солнца была бы незавидной – и вот почему.
 //-- Рис. 2. Образование Солнечной системы по гипотезе Канта – Лапласа --// 
   Есть звезды и тяжелее, и легче Солнца. «Легкие» звезды, которые в десять раз легче Солнца, просто неинтересны – они не «горят», а как бы «тлеют», возле них просто замерзнешь. Хорошо, что наше Солнце не такое! Наше Солнце исправно погреет нас еще несколько миллиардов лет, пока все не «выгорит». Тогда оно сожмется до размеров нашей Земли и, как говорят, превратится в «белого карлика». Будет это не скоро, до этого времени еще придумаем, чем будем греться без нашего Солнца.
   Но нам просто ужасно повезло, что Солнце – не «тяжелая» звезда. Такие звезды до 100 раз тяжелее Солнца (рис. 3), не горят, а просто взрываются, совсем как гигантская водородная бомба. Они «прогорают» в тысячи раз быстрее Солнца, испепеляя все, что находится вокруг. Но когда такая звезда все-таки «прогорит», то превращается она просто в какое-то космическое чудовище. Такое и в кошмарном сне не увидишь. Так что приготовьтесь к страшному рассказу и не читайте его, пожалуйста, на ночь.

 //-- Рис. 3. Сравнительные размеры звезды-гиганта Бетельгейзе и Солнечной системы --// 
   Звезды ненамного тяжелее Солнца, прогорая, сжимаются до совершенно «микроскопических» размеров. Например, до размеров крупного города – Москвы. Громадная гора, целый Эверест, на той звезде уместится в спичечном коробке. Называются такие «сжатые» звезды нейтронными. Несмотря на малые размеры, нейтронные звезды – настоящие «хищники». Попадись рядом обычная звезда – и нейтронная своим страшным притяжением начинает ее «заглатывать». Сперва обычная звезда принимает грушевидную форму и носик ее устремляется к нейтронной звезде. Эта звезда начинает как бы наматываться на нейтронную, затягиваясь в тугой узел. Дело, как правило, кончается тем, что нейтронная звезда «давится» обычной, во много раз превышающей ее по размерам, совсем как удав, пытающийся проглотить слона. Так и остаются вместе хищник и его полусъеденная жертва, образуя так называемую двойную звезду (рис. 4).

 //-- Рис. 4. Кошмарная схватка нейтронной звезды с обычной, кончившаяся «ничьей» --// 
   А наиболее тяжелые звезды, сгорая, иногда превращаются в самые таинственные тела Вселенной – черные дыры. Звезда сжимается почти в точку, но притяжение ее настолько огромно, что свою «жертву» черная дыра уже не упустит и не подавится ею, как нейтронная. Любая звезда, другое космическое тело, которое «осмелится» приблизиться к черной дыре, будет поглощено ею. Как говорится, только его и видели. Хотя и видеть-то уже ничего нельзя будет – на то дыра и черная, что туда все «проваливается» бесследно. Даже луч света и тот затягивается в черную дыру, пропадая там. «Поедает» она даже магнитное поле, что сопровождается вспышками излучения, в частности рентгеновского. Ничего не выпустит от себя это космическое чудовище, если приблизиться к нему на близкое расстояние. Так и существует невидимый зловещий круг, обычно несколько километров радиусом (так называемым гравитационным), а в центре его, как паук, сидит всепоглощающая космическая «хищница» (рис. 5).

 //-- Рис. 5. «Черная дыра» в паутине магнитного поля --// 
   Видимо, кто-то очень добрый и мудрый постоянно заботится о нас с вами – и Землю подобрал с подходящим климатом, и Солнце не большое и не малое, а как раз такое, какое нужно!


   Прежде чем перейти к планете – избраннице природы, поговорим о Солнце и о планетах – сестрах нашей Земли.
   Оказывается, огромное Солнце среди звезд считается карликом; оно возникло около 5 миллиардов лет назад. Астрономы обозначают Солнце знаком. Эта звезда-«карлик» в сто с лишним раз больше Земли по диаметру и почти в треть миллиона раз тяжелее. Вот тебе и «карлик»! И это огромное, тяжеленное небесное тело почти целиком состоит из самого легкого газа – водорода, того, которым надувают воздушные шары. Правда, есть там еще один легкий газ – гелий, но его почти в десять раз меньше, чем водорода. Казалось бы, Солнце как большой воздушный шар нужно за веревку держать, чтобы не улетело, а оно такое тяжеленное! Но самое удивительное в том, что в центре Солнца, где температура около 1,6 ⋅107 °C и огромное давление, водород особым образом превращается в гелий и выделяет при этом громадную энергию. Совсем как в водородной бомбе, но бомба эта огромных размеров и взрывается не сразу, а постепенно! Термоядерная энергия постоянно разогревает Солнце, так что поверхность его, которую мы видим, раскалена до 6 000 °C, вот и греемся мы, выходит, на энергии большой термоядерной бомбы, и вроде все в порядке! Солнечная атмосфера – корона (рис. 6) – имеет значительно большую температуру, и об этом мы поговорим позже. Теперь о планетах. Самая близкая к Солнцу планета – Меркурий. Меркурий в 2,5 раза меньше Земли, год на нем длится всего 88 дней, а период собственного вращения – 58,6 наших земных суток. Из-за близости этих значений друг к другу «день» на Меркурии длится достаточно долго – около меркурианского года, и сторона, обращенная к Солнцу, сильно нагревается; противоположная же сторона – охлаждается. Можно предположить, что через некоторое время из-за торможения вращения планеты Меркурий будет постоянно обращен к Солнцу одной стороной, как, например, Луна к Земле. Еще недавно астрономы считали, что так оно и есть уже. По внешнему виду Меркурий похож на Луну (рис. 7).

 //-- Рис. 6. Солнечная атмосфера – корона, видная во время затмений --// 
 //-- Рис. 7. Пейзаж планеты Меркурий --// 
   Следующей идет Венера – ее знак (рис. 8). По размерам она похожа на Землю, год там длится 224 дня. Но жить там тоже нельзя, жара – как в печи, а давление – как на дне моря. Атмосфера тоже не для нас – почти целиком из углекислого газа, которым дышать не стоит.

 //-- Рис. 8. Венера: а – в фазе серпа; б – приближенная карта ее полушарий --// 
   А вот третья планета – наша родная Земля, избранница природы. О ней мы поговорим попозже.
   За Землей идет загадочная красная планета Марс, ее значок. Марс почти вдвое меньше Земли, год там длится 678 суток, поверхность его похожа на лунную – те же «моря» и кратеры. Есть атмосфера, но разреженная, как у нас на высоте 20 км, и для дыхания непригодна, даже ядовита. Раньше подозревали, что на Марсе есть жизнь и разумные существа, но это пока не подтвердилось, по крайней мере, существа у нас на Земле разумнее. Хотя в телескоп заметны какие-то каналы (рис. 9), но их техногенное происхождение тоже пока не подтверждено. В самом жарком месте на Марсе – плюс 10…20 °C, в холодном – минус 70 °C, наблюдается выпадение и таяние снегов на полюсах. Конечно, с грехом пополам там прожить можно, но пока лучше не надо…


скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Поделиться ссылкой на выделенное